工業(yè)以太網(wǎng)與現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的優(yōu)缺點(diǎn)整理

1、工業(yè)以太網(wǎng)與現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的優(yōu)缺點(diǎn)1引言用于辦公室和商業(yè)的以太網(wǎng)伴隨著現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)大戰(zhàn)硝煙已悄悄地進(jìn)入了控制領(lǐng)域，近年來(lái)以太網(wǎng)更是走向前臺(tái)，發(fā)展迅速，頗引人注目。究其原因，主要由于工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)正向分布化、智能化的實(shí)時(shí)控制方面發(fā)展，其中通信已成為關(guān)鍵，用戶(hù)對(duì)統(tǒng)一的通信協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)的要求日益迫切。另一方面，Intranet/Internet等信息技術(shù)的飛速發(fā)展，要求企業(yè)從現(xiàn)場(chǎng)控制層到管理層能實(shí)現(xiàn)全面的無(wú)縫信息集成，并提供一個(gè)開(kāi)放的基礎(chǔ)構(gòu)架，而目前的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)尚不能滿(mǎn)足這些要求?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的出現(xiàn)確實(shí)給工業(yè)自動(dòng)化帶來(lái)一場(chǎng)深層次的革命，但多種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)互不兼容，不同公司的控制器之間不能實(shí)現(xiàn)高速的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，信息網(wǎng)絡(luò)存

2、在協(xié)議上的鴻溝，導(dǎo)致“自動(dòng)化孤島”現(xiàn)象的出現(xiàn)，促使人們開(kāi)始尋求新的出路并關(guān)注到以太網(wǎng)。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的傳輸速率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如工業(yè)以太網(wǎng)傳輸速率快。2以太網(wǎng)與工業(yè)以太網(wǎng)2.1什么是以太網(wǎng)與工業(yè)以太網(wǎng)以太網(wǎng)是當(dāng)今現(xiàn)有局域網(wǎng)采用的最通用的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)定義了在局域網(wǎng)(LAN中采用的電纜類(lèi)型和信號(hào)處理方法。以太網(wǎng)在互聯(lián)設(shè)備之間以10100Mbps的速率傳送信息包，雙絞線(xiàn)電纜型號(hào)為10BaseT。以太網(wǎng)由于其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成為應(yīng)用最為廣泛的以太網(wǎng)技術(shù)。直擴(kuò)的無(wú)線(xiàn)以太網(wǎng)可達(dá)11Mbps許多制造供應(yīng)商提供的產(chǎn)品都能采用通用的軟件協(xié)議進(jìn)行通信，開(kāi)放性好。普通以太網(wǎng)應(yīng)用到工業(yè)控制系統(tǒng)，

3、這種網(wǎng)絡(luò)叫工業(yè)以太網(wǎng)。2.2 以太網(wǎng)具有的優(yōu)點(diǎn)(1)具有相當(dāng)高的數(shù)據(jù)傳輸速率(目前已達(dá)到100Mbps,能提供足夠的帶寬；(2)由于具有相同的通信協(xié)議，Ethernet和TCP/IP很容易集成到IT(信息技術(shù))世界；(3)能在同一總線(xiàn)上運(yùn)行不同的傳輸協(xié)議，從而能建立企業(yè)的公共網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)或基礎(chǔ)構(gòu)架；(4)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，運(yùn)用了交互式和開(kāi)放的數(shù)據(jù)存取技術(shù)；(5)沿用多年，已為眾多的技術(shù)人員所熟悉，市場(chǎng)上能提供廣泛的設(shè)置、維護(hù)和診斷工具，成為事實(shí)上的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)；(6)允許使用不同的物理介質(zhì)和構(gòu)成不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。2.3 工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)(1)基于TCP/IP的以太網(wǎng)采用國(guó)際主流標(biāo)準(zhǔn)，協(xié)議開(kāi)放、完善不同廠(chǎng)商設(shè)

4、備，容易互連具有互操作性；(2)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)，遠(yuǎn)程診斷；(3)不同的傳輸介質(zhì)可以靈活組合，如同軸電纜、雙絞線(xiàn)、光纖等；(4)網(wǎng)絡(luò)速度快，可達(dá)千兆甚至更快；(5)支持冗余連接配置，數(shù)據(jù)可達(dá)性強(qiáng)，數(shù)據(jù)有多條通路抵達(dá)目的地；(6)系統(tǒng)容易幾乎無(wú)限制，不會(huì)因系統(tǒng)增大而出現(xiàn)不可預(yù)料的故障，有成熟可靠的系統(tǒng)安全體系；(7)可降低投資成本。3主流應(yīng)用層協(xié)議-工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議由于商用計(jì)算機(jī)普遍采用的應(yīng)用層協(xié)議不能適應(yīng)工業(yè)過(guò)程控制領(lǐng)域現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的實(shí)時(shí)通信，所以必須在以太網(wǎng)和TCP/IP協(xié)議的基礎(chǔ)上，建立完整有效的通信服務(wù)模型，制定有效的實(shí)時(shí)通信服務(wù)機(jī)制，協(xié)調(diào)好工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)中實(shí)時(shí)與非實(shí)時(shí)信息的傳輸，形成被廣

5、泛接受的應(yīng)用層協(xié)議，也就是所謂的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。目前已經(jīng)制定的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議有MODBUS/TCP,HSE,EtherNet/IP,ProfiNet等。MODBUS/TCP議是法國(guó)施耐德公司1999年公布的協(xié)議，以一種非常簡(jiǎn)單的方式將MODBUS嵌入到TCP幀中。這是一種面向連接的方式，每一個(gè)呼叫都要求一個(gè)應(yīng)答。這種呼叫/應(yīng)答的機(jī)制與MODBUS主從機(jī)制相互配合，使交換式以太網(wǎng)具有很高的確定性。利用TCP/IP協(xié)議，通過(guò)網(wǎng)頁(yè)的形式可以使用戶(hù)界面更加友好，并且利用網(wǎng)絡(luò)瀏覽器就可以查看企業(yè)網(wǎng)內(nèi)部的設(shè)備運(yùn)行情況。施耐德公司已經(jīng)為MODBUS冊(cè)了502端口，這樣就可以將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)嵌人到網(wǎng)頁(yè)中，通過(guò)在設(shè)備

6、中嵌人Web服務(wù)器，就可以將Wetffl覽器作為設(shè)備的操作終端。已是中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，基于Modbus協(xié)議的工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)規(guī)范第3部分:Modbus協(xié)議在TCP/IP上的實(shí)現(xiàn)指南標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為：GB/Z19582.3-2004HSE基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)FF于2000年發(fā)布的工業(yè)Ethernet規(guī)范，是以太網(wǎng)協(xié)議IEEE802.3,TCP/IP協(xié)議族和FFH1的結(jié)合體。FF現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)基金會(huì)將HSEe位于實(shí)現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)與Internet的集成。由HSE連接設(shè)備將H1網(wǎng)段信息傳送到以太網(wǎng)的主干網(wǎng)上，這些信息可以通過(guò)互連網(wǎng)送到主控室，并進(jìn)一步送到企業(yè)的EPPffi管理系統(tǒng)。操作員可以在主控室直接使用網(wǎng)絡(luò)瀏覽器查看現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行

7、情況，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲得控制信息。EtherNet/IP是美國(guó)羅克韋爾公司于2000年發(fā)布的工業(yè)Ethernet規(guī)范，它很好地采用了當(dāng)前應(yīng)用廣泛的以太網(wǎng)通信芯片以及物理媒體。IP代表IndustrialProtocol,以此來(lái)與普通的以太網(wǎng)進(jìn)行區(qū)分。它是將傳統(tǒng)的以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)層的一種有效的方法，允許工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備交換實(shí)時(shí)性強(qiáng)的數(shù)據(jù)。EtherNet/IP模型由IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層、以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議和控制與信息協(xié)議CIP三部分組成。CIP是一個(gè)端到端的面向?qū)ο蟛⑻峁┝斯I(yè)設(shè)備和高級(jí)設(shè)備之間的連接的協(xié)議，CIP有兩個(gè)主要目的，一是傳輸同1/O設(shè)備相聯(lián)系的面向

8、控制的數(shù)據(jù)，二是傳輸其它同被控系統(tǒng)相關(guān)的信息，如組態(tài)、參數(shù)設(shè)置和診斷等。CIP協(xié)議規(guī)范主要由對(duì)象模型、通用對(duì)象庫(kù)、設(shè)備行規(guī)、電子數(shù)據(jù)表、信息管理等組成。ProfiNet是彳惠國(guó)西門(mén)子公司于2001年發(fā)布的工業(yè)Ethernet的規(guī)范。該規(guī)范主要包括三方面的內(nèi)容：1）基于組件對(duì)象模型（COM的分布式自動(dòng)化系統(tǒng)；2）規(guī)定了ProfiNet現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)和標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)之間開(kāi)放透明通信；3）提供了一個(gè)獨(dú)立于制造商，包括設(shè)備層和系統(tǒng)層的系統(tǒng)模型。ProfiNet的基礎(chǔ)是組件技術(shù)，在ProfiNet中，每一個(gè)設(shè)備都被看成一個(gè)具有COMK的自動(dòng)化設(shè)備，同類(lèi)設(shè)備都有相同的COMt口。在系統(tǒng)中可以通過(guò)調(diào)用COMS口來(lái)調(diào)用

9、設(shè)備功能。組件對(duì)象模型使不同制造商遵循同一個(gè)原則創(chuàng)建的組件之間可以混合使用，簡(jiǎn)化了編程。每一個(gè)智能設(shè)備都有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組件，智能設(shè)備的功能通過(guò)對(duì)組件進(jìn)行特定的編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。同類(lèi)設(shè)備具有相同的內(nèi)置組件，對(duì)外提供相同的COMg口。為不同廠(chǎng)家的設(shè)備之間提供了良好的互換性和互操作性。已是中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)性標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化指導(dǎo)性技術(shù)文件GB/Z20541-2006PROFINET®!我國(guó)第一個(gè)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)EPA在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化工作中取得了重大突破，已通過(guò)IEC/SC65C會(huì)員國(guó)家的投票被IEC發(fā)布為IEC/PAS62409標(biāo)準(zhǔn)化文件作為第10類(lèi)型列入實(shí)時(shí)以太網(wǎng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC

10、61784-2并將收錄為現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158第四版，成為中國(guó)第一個(gè)被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織接收和發(fā)布的工業(yè)自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)。4工業(yè)以太網(wǎng)的前景以太網(wǎng)隨著技術(shù)的成熟，交換技術(shù)的應(yīng)用，高速以太網(wǎng)的發(fā)展等在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域上正迅速增長(zhǎng)，幾乎所有的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)最終可以都連接到以太網(wǎng)。隨著集成電路的發(fā)展，高檔的微處理器作為I/O處理器和控制器核心的條件逐漸成熟，而在控制器上運(yùn)行的實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)使控制器易于實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議，以太網(wǎng)絡(luò)更易于接近現(xiàn)場(chǎng)。工業(yè)以太網(wǎng)已經(jīng)成為控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主要方向，具有很大的發(fā)展?jié)摿?。過(guò)程控制工業(yè)和自動(dòng)化工業(yè)，從嵌入式系統(tǒng)到現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)，都認(rèn)識(shí)到了以太網(wǎng)和TCP/IP的重要性，以太網(wǎng)和TCP/IP作為世界上最為廣泛應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，它將成為過(guò)程級(jí)和控制級(jí)的主要傳輸技術(shù)。帶TCP/IP協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)接口現(xiàn)在已經(jīng)在智能設(shè)備和I/O模塊中使用。它能夠與工廠(chǎng)信息管理系統(tǒng)進(jìn)行直接地、無(wú)縫地連接，而無(wú)需任何專(zhuān)用設(shè)備。